农作物智能数据管理与可视化分析平台
INTELLIGENT CROP DATA MANAGEMENT & VISUAL ANALYSIS PLATFORM
平台简介
农作物智能数据管理与可视化分析平台面向农业遥感监测与种植管理业务，融合三维地球与二维卫星影像，构建“全球观察 → 省级下钻 → 典型区斑块分析”三级联动的一体化可视化分析环境。平台以遥感影像识别模型与大语言模型（LLM）双引擎驱动，实现田块边界免标注自动提取、作物类型精细识别、长势分级监测与自然语言交互分析，并提供 PB 级多源影像的统一存储、编目检索与标准化影像服务 API，支撑大范围作物普查、种植结构统计与长势预警等业务的快速落地。
三级场景联动总览
平台在同一三维地球视图内,随相机缩放实现"全球观察 → 河北省 → 典型区作物斑块"三级无缝下钻:高空看蓝色三维地球与全球国家边界,中层看河北省界与作物分布,近地看典型区行政界内的田块边界斑块与长势分级。
① 全球观察 · 三维蓝色地球
高空视角下,平台呈现蓝色三维地球与全球影像镶嵌,叠加全球国家边界与经纬网,支持自由旋转、缩放与飞行定位。左上为影像检索面板,可按区域/时相/云量筛选影像并叠加,右侧列表展示可用数据集 —— 对应"影像数据综合查询管理"能力。
② 河北省 · 省界与作物分布
下钻至省级,地形叠加 Sentinel-2 底图,清晰勾绘河北省界(环抱北京、天津)与地级市界,全省田块按作物类型/长势分色渲染,右栏聚合全省种植结构与各市面积排名。
③ 典型区作物边界斑块分析(曹妃甸)
近地视角进入典型区(唐山·曹妃甸),二维卫星影像上叠加典型区行政界与提取的田块边界斑块,按长势分级着色(较好/正常/较差)。左侧为功能菜单(基础数据 / 作物识别 / 地块提取 / 模型训练 / 长势监测)。以下为高保真交互界面(斑块由脚本实时绘制)。
AI 智能中枢:遥感大模型 + 影像识别
平台以"影像识别模型 + 大语言模型(LLM)"双引擎驱动智能化:视觉模型从影像中自动识别地块、作物、长势与变化,LLM 负责自然语言交互、智能解译与报告生成——让用户"用一句话"即可完成检索、分析与出图,视觉模型给出可核验的结构化事实,LLM 给出可解释的语言与洞察。
👁 影像识别模型(视觉智能)
- 地块边界识别:实例 + 语义分割基础模型,免标注推理出矢量田块
- 作物类型识别:光学 + 雷达多时相深度模型,12 类作物精细分类
- 长势/成熟度识别:多光谱特征智能分级(较好/正常/较差)
- 变化检测:多期影像自动比对,识别新增/减少与地类转换
- 地物目标识别:大棚、水体、道路、建筑等自动提取
- 自监督预训练 + 多引擎集成,少样本、跨区、跨年迁移稳健
💬 大语言模型 LLM(语言智能)
- 自然语言检索:“查河北 2025 年 6 月云量<10% 的影像”→ 自动组织检索
- 智能问答解译:对结果自然语言解读(“哪个县玉米长势最差”)
- 自动报告生成:一键生成长势/面积/种植结构分析报告(图文)
- 语言驱动空间分析:自然语言 → 空间查询 / 统计 / 专题制图
- 智能操作助手:引导式操作、参数推荐、异常提示与纠错建议
- 多模态融合:影像 + 矢量 + 文本联合理解,结果可追溯
核心功能细化
围绕"地块提取"与"作物识别"两大能力,平台整合多源影像与多种算法引擎,支持从多时相影像到矢量田块、再到作物类型与长势的一体化智能处理,并具备无需人工标注的冷启动能力。
田块边界智能提取流水线
🧩 地块提取(边界)
- 多时相影像合成:自动拉取并合成多时相多光谱影像,生成分析就绪底图
- 实例 + 语义双掩膜:同时输出地块实例边界与耕地/非耕地语义掩膜
- 多引擎集成:融合目标检测、语义分割、视觉 Transformer、基础模型推理、嵌入聚类,多引擎集成提升稳健性
- 免标注全自动模式:无需人工标注,自动作物掩膜过滤 + 边界精修,直接产出矢量田块
- 大范围切分拼接:图块自动切分/合并,剔除道路、水体、建筑等非农田对象
- 基线可复用:内置预训练基线与推理流程,新区域即取即用
🌽 作物识别(类型)
- 光学 + 雷达多源融合:融合 SAR 与光学多时相,云雨条件下仍稳健
- 多类作物精细分类:玉米、小麦、大麦、油菜、牧草、果园、蔬菜等 12 类作物
- 是否农田二分类:像元级快速判定耕地/非耕地,先圈定范围再细分类型
- 全生育期时序预测:多光谱时间序列建模,预测 12 个月物候曲线
- 时序深度学习:时序 Transformer / LSTM 捕捉全生育期可分特征
- 少样本 / 跨区迁移:小区域快速落地,跨区、跨年迁移友好
多分辨率卫星影像效果
平台统一管理并叠加不同分辨率影像:中分辨率广域普查、高分辨率地块细化、亚米级边界精提。下图为同一农田区在三种分辨率下的成像效果对比(示意)。
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| 分辨率 | 典型数据 | 平台用途 |
|---|---|---|
| 10m 中分辨率 | Sentinel-2 / Landsat | 大范围作物普查、物候时序识别、长势监测 |
| 2m 高分辨率 | GF-1/GF-6 / GF-2 多光谱 | 地块识别、作物类型细分、边界初步提取 |
| 亚米级(≤1m) | GF-2 全色 / 商业亚米影像 | 破碎地块边界精提、地物核验、成果质检 |
PB 级数据管理与影像服务
平台面向 PB 级多源遥感影像与海量农业作物数据,构建统一的存储、编目、检索与服务体系,并以标准化影像服务 API 对外提供瓦片、检索与按需处理能力,支撑三级场景的秒级调阅与二次开发。
🛰 PB 级影像数据管理
- 海量存储:分布式对象存储 + 云优化 GeoTIFF(COG)分级金字塔,支撑 PB 级扩展
- 多源统一入库:中分辨率、高分、亚米级、雷达影像统一编目管理
- 时空索引:STAC / 时空立方体索引,按区域/时相/传感器/分辨率秒级检索
- 冷热分层:热数据切片缓存、冷数据归档,动态镶嵌与调度
- 影像质量:云量、覆盖完整性、坐标一致性自动校验
🌾 农业作物数据管理
- 作物本底库:作物种类、物候历、种植制度(一年两熟等)
- 环境要素库:土壤类型、地表温湿度、气象数据
- 成果矢量库:田块边界、作物类型、面积、长势分级(PostGIS 统一管理)
- 样本 / 模型库:伪标签样本、训练模型与版本、精度指标
- 统计与血缘:面积/种植结构统计、数据血缘与版本回溯
影像服务 API 调用
对外提供标准化 REST / OGC 接口,支持瓦片调阅、影像检索、要素服务与按需在线处理,便于三维地球叠加与第三方系统集成。
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| 类型 | 接口 | 功能 |
|---|---|---|
| 影像检索 | GET /stac/search?bbox=&datetime=&collections= | 按时空/传感器检索影像元数据 |
| 瓦片服务 | GET /tiles/{z}/{x}/{y}.png?layer=&time= | XYZ / WMTS 影像瓦片,供地图叠加 |
| 按需处理 | POST /cog/statistics · /cog/crop | 在线裁剪、波段组合、指数(NDVI)、时序合成 |
| 矢量成果 | GET /features/parcels?bbox=&crop= · MVT | 田块/作物矢量与矢量瓦片 |
| 面积统计 | GET /analysis/area?region=&groupby=crop | 按行政区/作物聚合面积与结构 |
| 认证配额 | Header: Authorization: Bearer <token> | 令牌鉴权、调用配额与统计 |
# 示例:检索河北 2025 夏季影像并请求 NDVI 瓦片 GET /api/v1/stac/search?bbox=113.4,36.0,119.9,42.6&datetime=2025-06&collections=sentinel-2 Authorization: Bearer <token> # 返回影像后,加载 NDVI 瓦片到三维地球 GET /api/v1/tiles/{z}/{x}/{y}.png?layer="ndvi"&time=2025-06-02&colormap="rdylgn" # 在线统计某田块面积与长势(POST 几何) POST /api/v1/cog/statistics { geometry: GeoJSON, expression: "(nir-red)/(nir+red)" }
图层与视觉设计规范
影像图层(底图)
- 全球:蓝色地球 + 全球影像镶嵌 + 国家边界
- 省/区:Sentinel-2(10m)真彩 / 假彩,GF(2m)高分,亚米级精提
- 透明度可调,支持真彩↔假彩↔NDVI 与多分辨率切换
矢量斑块(叠加)
- 行政/国家边界:黄色描边
#ffe27a,典型区行政界白色虚线 - 田块边界:橙色描边
#ff8a1e,贴地 - 长势分级:较好
#4bbe3a/ 正常#f4d13a/ 较差#e2352b
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| 视觉要素 | 取值 | 对应参考 |
|---|---|---|
| 三维地球 | 蓝色海洋渐变 + 大气辉光 + 经纬网 + 国家边界 | 参考图"卫星影像·全球观察"蓝色地球 |
| 斑块配色 | 黄(正常)/ 红(较差)/ 绿(较好)+ 橙边 | 参考图曹妃甸长势监测图例 |
| 主色调 | 科技蓝 #003d74 / #005bac | 参考图册蓝色主题 |
| 面板样式 | 深蓝半透明浮层 + 橙色强调按钮 | 影像数据管理平台面板 |
系统实现要点
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| 场景 | 实现能力 |
|---|---|
| 全球蓝色地球 | 三维地球引擎 + 全球影像服务;大气辉光与经纬网;国家边界矢量叠加;飞行定位至河北 |
| 省级下钻 | 省/市界矢量 + 数字高程地形 + Sentinel-2(10m)瓦片底图,分级注记 |
| 典型区斑块 | 田块边界矢量瓦片,按 长势分级 属性动态着色,橙色 outline,行政界虚线叠加 |
| 长势分级切换 | 属性驱动样式,成熟度/生物量/土壤干湿度多专题一键切换 |
| 多分辨率影像 | 10m/2m/亚米级影像统一编目,按相机高度自动加载相应分辨率瓦片(LOD) |
| 三级无缝缩放 | 相机高度分级控制图层 LOD 与注记显隐,全球→省→区平滑过渡 |
